【文章內(nèi)容簡介】 性，為以后功能的擴展打下了基礎(chǔ)。 黑龍江東方學(xué)院本科畢業(yè)論文（設(shè)計） 5 第 3 章 硬件設(shè)計 A/D 轉(zhuǎn)換電路 A/D 轉(zhuǎn)換芯片的選擇 A/D 轉(zhuǎn)換器是模擬量輸入通道中的一個環(huán)節(jié)，單片機通過 A/D 轉(zhuǎn)換器把輸入模擬量變成數(shù)字量再處理。 隨著大規(guī)模集成電路的發(fā)展，目前有許多種型號的 A/D 轉(zhuǎn)換器，來滿足不同的應(yīng)用場合的需要。如果按照轉(zhuǎn)換原理換分，主要有三種類型，即雙積分 A/D 轉(zhuǎn)換器、逐次逼近式 A/D 轉(zhuǎn)換器以及并行式 A/D 轉(zhuǎn)換器?，F(xiàn)階段最常用的是 雙 積分和逐次逼近式。 雙積分 A/D 轉(zhuǎn)換器：具有精度高、抗干擾性好、價格低廉等優(yōu)點，但轉(zhuǎn)換 速度慢，近年來在單片機應(yīng)用領(lǐng)域中也得到廣泛應(yīng)用。但是，與雙積分相比逐次逼近式的轉(zhuǎn)換速度更快，而且精度更高，他們通常具有 8 路模擬 傳 統(tǒng)開關(guān)以及地址譯碼、鎖存電路，他們能直接與單片機系統(tǒng)連接，將數(shù)字量輸送入單片機進行分析和顯示。 一般逐次比較型 A/D轉(zhuǎn)換器用的比較多， ADC0804就是這類單片集成 A/D轉(zhuǎn)換器。ADC0804 是一個 8 位、單通道、低價格的 A/D 轉(zhuǎn)換器，主要特點是：模數(shù)轉(zhuǎn)換時間短；方便與 TTL或 CMOS 標(biāo)準(zhǔn)接口連接；可以滿足差分電壓輸入；具有參考電壓輸入端；內(nèi)含時鐘發(fā)生器；單電源工作時（ 0～ 5V）輸入 電壓范圍是 0～ 5V；不需要調(diào)零等等。ADC0804 是一款早期的 AD 轉(zhuǎn)換器，因其價格低廉而在要求不高的場合得到廣泛應(yīng)用。 ADC0804 轉(zhuǎn)換原理的介紹 逐次逼近式 ADC 實際采用的方法是從高到底開始逐位設(shè)定，比較模擬量輸出，再來確定原設(shè)定位的是否正確。逐次比較型 ADC 原理結(jié)構(gòu)圖如圖 31 所示。其中主要由采集保持器電路、電壓比較器、逐次比較寄存器、數(shù) /模裝換器和鎖存器等部分組成。 圖 31 ADC 內(nèi) 部結(jié)構(gòu)圖 它的工作原理如下： 黑龍江東方學(xué)院本科畢業(yè)論文（設(shè)計） 6 最開始，被測的模擬電壓通過逐次比較寄存器，將傳遞進的脈沖 CP 信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，該數(shù)字量在經(jīng)過數(shù) /模轉(zhuǎn)換器生成對應(yīng)的模擬量。當(dāng)獲得了模擬量的數(shù)字達到并且接近被測電壓所對應(yīng)值后，就可以檢測出電壓比較器完成最后的反轉(zhuǎn)。此時，逐次比較寄存器的計數(shù)值就是被測電壓所對應(yīng)的數(shù)字量，從而完成模擬量轉(zhuǎn)換。以上的原理表明，逐次比較法，歸根到底是數(shù) /模轉(zhuǎn)換，采用逐次與模擬量的進行比較后得到最 精的數(shù)字標(biāo)定值。 ADC0804 芯片介紹 ADC0804 是一種 8 位的逐次逼近型 A/D 轉(zhuǎn)換器。帶 8 個模擬量輸入通道，芯片內(nèi)有通道地址譯碼鎖存器，有輸出三態(tài)數(shù)據(jù)鎖存器，啟動信號為脈沖啟動，可以與單片機接口直接連接。 ADC0804 的引腳圖，如圖 32 所示： 圖 32 ADC0804 引腳圖 /CS：芯片片選信號，低電平有效，即 /CS=0， 該芯片才能正常工作，在外接多個ADC0804 芯片時，該信號可以作為選擇地址使用，通過不同的地址信號使能不同的ADC0804 芯片，從而可以實現(xiàn)多個 ADC 通道的分時復(fù)用。 /WR:啟動 ADC0804 進行 ADC 采樣，該信號低電平有效，即 /WR 信號由高電平變成低電平時，觸發(fā)一 次 ADC 轉(zhuǎn)換。 /RD:低電平有效，即 /RD=0 時，可以通過數(shù)據(jù)端口 DB0～ DB7 讀出本次的采樣結(jié)果。 UIN（ +）和 UIN（ ）：模擬電壓輸入端，模擬電壓輸入接 UIN（ +）端， UIN（ ）端接地。雙邊輸入時 UIN（ +）、 UIN（ ）分別接模擬電壓信號的正端和負(fù)端。當(dāng)輸入的模擬電壓信號存在 “零點漂移電壓 ”時，可在 UIN（ ）接一等值的零點補償電壓，變換時將自動從 UIN（ +）中減去這一電壓。 黑龍江東方學(xué)院本科畢業(yè)論文（設(shè)計） 7 VREF/2：參考電壓接入引腳，該引腳可外接電壓也可懸空，若外界電壓，則 ADC的參考電壓為該外界電壓的兩倍，如不外接， 則 Vref 與 Vcc 共用電源電壓，此時 ADC的參考電壓即為電源電壓 Vcc 的值。 CLKR 和 CLKIN：外接 RC 電路產(chǎn)生模數(shù)轉(zhuǎn)換器所需的時鐘信號，時鐘頻率 CLK = 1/，一般要求頻率范圍 100KHz～ 。 AGND 和 DGND：分別接模擬地和數(shù)字地。 /INT:中斷請求信號輸出引腳，該引腳低電平有效，當(dāng)一次 A/D 轉(zhuǎn)換完成后，將引起 /INT=0，實際應(yīng)用時，該引腳應(yīng)與微處理器的外部中斷輸入引腳相連（如 51 單片機的 INT0， INT1 腳），當(dāng)產(chǎn)生 /INT 信號有效時，還需等待 /RD=0 才能正確 讀出 A/D 轉(zhuǎn)換結(jié)果，若 ADC0804 單獨使用，則可以將 /INT 引腳懸空。 DB0~DB7：輸出 A/D 轉(zhuǎn)換后的 8 位二進制結(jié)果。 ADC0804 與單片機之間的接口方法 圖 33 ADC 連接電路圖 由 ADC0804 電路原理圖（圖 33）可以看出， ADC 的 D0D7 直接與單片機總線 相連。 /CS， /RD， /WR 與單片機 相連并與語音模塊相連。 單片機的介紹 單片機的介紹 單片機（ Single chip microputer）是一種 集成 電路 芯片 ，是采用 超大規(guī)模集成電路 技術(shù)把具有數(shù)據(jù)處理能力的 中央處理器 CPU、 隨機存儲器 RAM、 只讀存儲器 ROM、多種 I/O 口和 中斷系統(tǒng) 、 定時器 /計數(shù)器等功能（可能還包括顯示驅(qū)動電路、 脈寬調(diào)制 黑龍江東方學(xué)院本科畢業(yè)論文（設(shè)計） 8 電路、模擬多路 轉(zhuǎn)換器 、 A/D 轉(zhuǎn)換器 等電路）集成到一塊硅片上構(gòu)成的一個小而完善的微型計算機系統(tǒng) ，在 工業(yè) 控制領(lǐng)域廣泛應(yīng)用。 從上世紀(jì) 80 年代，由當(dāng)時的 4 位、 8 位單片機 ，發(fā)展到現(xiàn)在的 300M 的高速單片機。 單片機有著體積小，功耗低，功能性強，性價比高，易于推廣應(yīng)用等顯著優(yōu)點；在自動化裝置、智能化儀器儀表、過程控制以及家用電器等領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用。 采用 AT89C52 的原因 在眾多的單片機中，要算 ATMEL 公司的 AT89C51 更加實用，它是由北京集成電路設(shè)計中心在 MSC51 單片機的基礎(chǔ)上精 心設(shè)計的，由美國生產(chǎn)的至今為止世界上比較新型的高性能八位單片機。但是我們要選用 AT89C52 單片機，因為它不僅與 AT89C51單片機指令、管腳完全一樣，同時也能兼容 MCS51 指令系統(tǒng)，而且其性能大大領(lǐng)先于AT89C51 單片機，在 52 中 RAM 空間的增大，內(nèi)部 FLASH 的變大，中斷源的增加，使之遠(yuǎn)遠(yuǎn)領(lǐng)先于 51 單片機。 AT89C52 的主要功能參數(shù) 兼容 MCS51 指 令系統(tǒng) ； 8kB 可反復(fù)擦寫（大于 1000 次） Flash ROM； 32 個雙向 I/O 口； 256x8bit 內(nèi)部 RAM； 3 個 16 位可編程定時 /計數(shù)器中斷； 時鐘頻率 024MHz； 2 個串行中斷，可編程 UART 串行通道； 2 個外部中斷源，共 8 個中斷源； 2 個讀寫中斷口線， 3 級加密位； 低功耗空閑和掉電模式， 軟件 設(shè)置睡眠和喚醒功能； 1有 PDIP、 PQFP、 TQFP 及 PLCC 等幾種封裝形式，以適應(yīng)不同產(chǎn)品的需求。 AT89C52 的功能介紹 AT89C52 是美國 Atmel 公司生產(chǎn)的低電壓、高性能 CMOS 8 位單片機，片內(nèi)含 8KB的可反復(fù) 擦 寫的程序存儲器 和 12B 的隨機存取 數(shù)據(jù)存儲 器（ RAM），器件采用 Atmel公司的高密度、非易失性存儲技術(shù)生產(chǎn)，兼容標(biāo)準(zhǔn) MCS51 指令系統(tǒng) ，片內(nèi)配置通用 8位 中央處理器 （ CPU）和 Flash存儲單元 ，功能強大的 AT89C52 單片機可靈活應(yīng)用于各黑龍江東方學(xué)院本科畢業(yè)論文（設(shè)計） 9 種控制領(lǐng)域。 AT89C52單片機屬于 AT89C51單片機 的增強型，與 Intel 公司的 80C52在 引腳 排列、硬件組成、工作特點和 指令系統(tǒng) 等方面兼容。其主要工作特性是： 片內(nèi)程序存儲器內(nèi)含 8KB 的 Flash程序存儲器，可擦寫壽命為 1000 次； 片內(nèi) 數(shù)據(jù)存儲 器內(nèi)含 256 字節(jié)的 RAM； 具有 32 根可編程 I/O 口線； 具有 3 個可編程 定時器 ； 中斷系統(tǒng)是具有 8 個中斷源、 6 個中斷矢量、 2 個級 優(yōu)先權(quán) 的中斷結(jié)構(gòu)； 串行口 是具有一個 全雙工 的可編程 串行通信 口； 具有一個數(shù)據(jù)指針 DPTR； 低功耗工作模式有空閑模式和掉電模式； 具有可編程的 3 級程序鎖定位； AT89C52 工作電源電壓為 5（ 1+） V，且典型值為 5V； AT89C52 最高工作頻率為 24MHz。 AT89C52 芯片引腳介紹以及分配 AT89C52 單片機引腳結(jié)構(gòu)圖，如圖 34； 圖 34 單片機引腳圖 引腳介紹： 黑龍江東方學(xué)院本科畢業(yè)論文（設(shè)計） 10 P0 口是一組 8 位漏極開路型雙向 I/O 口，也即地址 /數(shù)據(jù)總線 復(fù)用口。作為輸出口用時，每位能吸收電流的方式驅(qū)動 8 個 TTL 邏輯門電路， 對端口 P0 寫 “1”時，可作為高阻抗輸入端用。在訪問 外部數(shù)據(jù) 存儲器 或 程序存儲器 時，這組口線分時轉(zhuǎn)換地址（低8 位 ）和 數(shù)據(jù)總線 復(fù)用，在訪問期間激活內(nèi)部上拉電阻。在 Flash編程 時， P0 口接收指令字節(jié)，而在程序校驗時，輸出指令字節(jié)，校驗時，要求外接上拉電阻 P1 是一個帶內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口， P1 的輸出緩沖級可驅(qū)動（吸收或輸出電流） 4 個 TTL邏輯門電路 。對端口寫 “1”，通過內(nèi)部的上拉電阻把端口拉到高電平，此時可作輸入口。作輸入口使用時，因為內(nèi)部存在上拉電阻，某個 引腳 被外部信號拉低時會輸出一個電流（ IIL）。 與 AT89C51 不同之處是， 和 還可分別作為定時 /計數(shù)器 2 的外部計數(shù)輸入（ ）和輸入（ ）， Flash編程和程序校驗期間， P1 接收低 8 位地址。 P2 是一個帶有內(nèi)部上拉電阻的 8 位 雙向 I/O 口， P2 的 輸出 緩沖級可驅(qū)動（吸收或輸出電流） 4 個 TTL邏輯門電路。對端口 P2 寫 “1”，通過內(nèi)部的上拉電阻把端口拉到高電平，此時可作輸入口，作輸入口使用時，因為內(nèi)部存在上拉電阻，某個引腳被外部信號拉低時會輸出一個電流（ IIL）。在訪問外部 程序存儲器 或 16 位地址的外部數(shù)據(jù)存儲器時， P2 口送出高 8 位地址數(shù)據(jù)。在訪問 8 位地址的外部數(shù)據(jù) 存儲器 時， P2 口輸出P2 鎖存器 的內(nèi)容。 Flash編程 或校驗時， P2 亦接收高位地址和一些 控制信號 。 P3 口是一組帶有內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口。 P3 口輸出緩沖級可驅(qū)動（吸收或輸出電流） 4 個 TTL 邏輯門電路。對 P3 口寫入 “1”時，它們被內(nèi)部上拉電阻拉高并可作為輸入端口。此時，被外部拉低的 P3 口將用上拉電阻輸出電流（ IIL）。 P3 口除了作為一般的 I/O 口線外，更重要的用途是它的第二功能 P3 口還接收一些用于 Flash閃速存儲器 編程 和程序校驗的 控制信號 。 復(fù)位輸入（ RST）。當(dāng)振蕩器工作時， RST 引腳 出現(xiàn)兩個 機器周期 以上高電平將使單片機 復(fù)位。 當(dāng)訪問外部 程序存儲器 或數(shù)據(jù)存儲器時， ALE（ 地址鎖存 允許）輸出脈沖用于鎖存地址的低 8 位字節(jié)。一般情況下， ALE 仍以時鐘振蕩頻率的 1/6 輸出固定的脈沖信號，因此它可對外輸出時鐘或用于定時目的。要注意的是：每當(dāng)訪問 外部數(shù)據(jù) 存儲器 時將跳過一個 ALE 脈沖。 黑龍江東方學(xué)院本科畢業(yè)論文（設(shè)計） 11 對 Flash存儲器 編程 期間，該 引腳 還用于輸入編程脈沖（ PROG）。 如有必要，可通過對 特殊功能寄存器 （ SFR）區(qū)中的 8EH 單元的 D0 位置位，可禁止 ALE 操作。該位置位后，只有一條 MOVX 和 MOVC 指令才能將 ALE 激活。此外，該 引腳 會被微弱拉高， 單片機 執(zhí)行外部程序時，應(yīng)設(shè)置 ALE 禁止位無效。 程序儲存允許（ PSEN）輸出是外部程序 存儲器 的讀選通信號，當(dāng) AT89C52 由外部程序存儲器 取指令（或數(shù)據(jù)）時，每個 機器周期 兩次 PSEN 有效，即輸出兩